Synthese von Caesiumazid

Geräte:

Tropftrichter 100 ml, Erlenmeyerkolben 100 ml, Eisbad, Stativ, Pipette, verschliessbares Braunglasgefäss, 2 PE-Behälter (verschließbar), Rundkolben 500 ml, Abdampfschale, Scheidetrichter 100 ml, Heizpilz, Trichter, Filter

Chemikalien:

Natriumazid (N, T+)


Schwefelsäure 30% (C)


dest. Wasser

Toluen (F, Xn)


Caesiumsulfat

Bariumhydroxid (C)



Hinweis: Es entstehen Stickstoffwasserstoffsäure (T+, N, E), Bariumsulfat und Caesiumhydroxid (C, kein Glas verwenden, da es angeätzt würde!) sowie Caesiumazid (T+, N).


Durchführung:

Abzug!

2 g Natriumazid und 2 ml Wasser werden zusammengegeben, mit 10 ml Toluen überschichtet und ins Eisbad gestellt. Nach 5 Minuten wird langsam (1 Tropfen pro Sekunde) aus dem Tropftrichter insgesamt 15 ml Schwefelsäure zugegeben. Dabei ständig umschwenken! Sobald alle Schwefelsäure zugegeben worden ist, noch etwas weiter umschwenken und dann die toluenische Phase abpipettieren. Die toluenische Phase wird in ein Braunglasgefäss überführt und dieses verschlossen.
Nun löst man 2,78 g Caesiumsulfat in 10 ml Wasser und gibt 1,32 g Bariumhydroxid in 100 ml Wasser. Nach kräftigem Umschwenken werden die Lösungen vereinigt (PE-Behälter!). Nun gibt man zu dieser Lösung die vorher hergestellte toluenische Stickstoffwasserstoffsäure und verschliesst das Gefäss. Nun schüttelt man ausgiebig und lässt 5 Minuten ruhen, bevor man erneut ausgiebig schüttelt. Man lässt erneut ruhen und gibt das Gemisch in einen Scheidetrichter. Man trennt die untere Phase ab und verwirft die obere, toluenische Phase. Die untere, wässrige Phase wird nun filtriert, und der Filterkuchen verworfen, nachdem mit 10 ml Wasser nachgewaschen wurde (das Wasser zum restlichen Filtrat geben). Nun wird das klare Filtrat vorsichtig im Rundkolben mit dem Heizpilz auf 15 ml eingeengt. Man giesst die Lösung in eine Abdampfschale. Im Rundkolben kristallisieren aus Resten der Lösung wunderschöne Kristalle aus, die mit 2 ml (nicht mehr!) Wasser gelöst werden. Die wässrige Lösung wird ebenfalls in die Abdampfschale gegeben. Nun wird die Abdampfschale in den Heizpilz gestellt (muss aber anliegen!) und nach und nach die wässrige Caesiumazidlösung zugegeben und eingedampft. Ausbeute 2,08 g (78 % d.Th., bezogen auf Caesiumsulfat).

Entsorgung:

Das Toluol wird zu den halogenfreien organischen Lösungsmittelabfällen gegeben. Die wässrige, schwefelsaure Phase aus der Herstellung der Stickstoffwasserstoffsäure wird neutralisiert und zu den giftigen anorganischen Abfällen gegeben. Der Filterkuchen (Bariumsulfat) wird zu den anorganischen Feststoffabfällen gegeben. Caesiumazid kann zur Herstellung von Caesium weiterverwendet werden. Natriumazid und Stickstoffwasserstoffsäure werden mit etwas Iod und katalytischen (!) Mengen eines beliebigen Sulfids (z.B. Eisen(II)-sulfid) versetzt, bis die Gasentwicklung aufhört. Schwefelsäure wird neutralisiert und die neutrale Lösung ins Abwasser gegeben. Caesiumsulfat wird aufbereitet. Bariumhydroxid wird zu den mindergiftigen, anorganischen Abfällen gegeben.

Erklärung:

Die Schwefelsäure macht aus dem Natriumazid Stickstoffwasserstoffsäure frei, die sich im Toluen löst:

2 NaN₃ + H₂SO₄ ---> 2 HN₃ + Na₂SO₄

Aus Bariumhydroxid und Caesiumsulfat entsteht Caesiumhydroxid:

Ba(OH)₂ + Cs₂SO₄ ---> 2 CsOH + BaSO₄(s)

Die Stickstoffwasserstoffsäure neutralisiert das Caesiumhydroxid:

CsOH + HN₃ ---> CsN₃ + H₂O

Bilder:


Zugabe der Schwefelsäure, Auflösung des Azids


Auflösung vorangeschritten


Stickstoffwasserstoffsäure (links) und Caesiumhydroxidlösung (rechts)


Trennung im Scheidetrichter


Fertiges Caesiumazid